CN100368673C - 四冲程发动机的冲程判别设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种四冲程发动机的冲程判别设备，其具有简单的结构并可以减少完成冲程判别所需的曲轴转数。该冲程判别设备包括：用于检测点火正时彼此不同的多个气缸中两个气缸的进气压力的进气压力传感器；和冲程判别装置，用于基于这两个进气压力传感器检测到的进气压力之间的差来判别所述气缸的每个冲程。

Description

四冲程发动机的冲程判别设备

技术领域

本发明涉及在具有多个气缸的喷油式四冲程发动机中的冲程判别设备。

背景技术

例如，喷油式四冲程发动机被构造为在进气冲程中向进气端口等喷射和供应燃油，并且还在压缩冲程结束附近的时刻将燃油点火。所以，需要判断各个气缸所处的冲程。

另一方面，在四冲程发动机中，当曲轴转动两周(720°)时完成进气、压缩、燃烧和排气冲程。由此，仅通过检测曲轴的相位(转动角位置)不能将进气冲程和燃烧冲程，或者将压缩冲程和排放冲程彼此判别开。

传统上，例如提出一种冲程判别设备作为用于四冲程发动机的那些设备之一。所提出的冲程判别设备从周期性变化的各个气缸的进气压力和曲轴的相位之间的相互关系，来在进气冲程和燃烧冲程之间，以及压缩冲程和排气冲程之间进行判别(参见专利文献1)。

作为另一个示例，还提出了一种冲程判别传感器。

[专利文献1]JP-10-227252A的公开文献

但是，上述传统的冲程判别设备具有进气压力检测管，其分别连接到多个气缸的进气管道并结合起来检测复合进气压力，并且该设备利用复合进气压力随曲轴转动发生的周期性变化来将冲程彼此判别开，或者使用(多个)冲程判别传感器来判别冲程。

由此产生一个问题，即用于复合进气压力的结构很复杂。此外，如果使用冲程判别传感器，则还存在与空间和经济负担有关的问题。此外，如果通过这些措施来判别冲程，则曲轴需要转动两周以上。所以，冲程之间的判别可能需要很多时间。

结果，例如当起动发动机时需要自起动电机转动更长时间，而发动机很可能在感觉上被判断为起动性很差。

发明内容

在上述传统情况下，本发明的目的是提供一种冲程判别设备，其具有简单的结构并可以减少完成冲程判别所需的曲轴转动周数。

下面，说明根据本发明的四冲程发动机的冲程判别设备的构造。

首先，作为第一发明的一种四冲程发动机的冲程判别设备被构造为包括：点火正时彼此不同的多个气缸；用于个别地检测所述多个气缸中任何两个气缸的进气压力的进气压力传感器；和冲程判别装置，用于基于所述两个进气压力传感器检测到的所述进气压力之间的差来判别所述两个气缸的冲程。

所述冲程判别装置被构造为例如比较同一时刻产生的第一气缸的第一进气压力和第二气缸的第二进气压力，并且如果所述第一进气压力低于所述第二进气压力与预定阈值之间的差，则所述冲程判别装置确定所述第一气缸处于进气冲程。

接着，作为第二发明的一种四冲程发动机的冲程判别设备被构造为包括：点火正时彼此不同的多个气缸；用于个别地检测所述多个气缸中任何两个气缸的进气压力的进气压力传感器；用于检测发动机速度的转速检测装置；和冲程判别装置，如果由所述转速检测装置检测到的所述发动机速度小于预定阈值，则所述冲程判别装置基于所述进气压力传感器检测到的所述两个气缸的所述进气压力之间的差来判别所述两个气缸的冲程。

所述冲程判别装置被构造为例如如果所述发动机速度小于所述预定阈值，则比较同一时刻产生的第一气缸的第一进气压力和第二气缸的第二进气压力，并且确定一个阈值；并且所述冲程判别装置被构造为如果所述第一进气压力低于所述第二进气压力与所述阈值之间的差，则确定所述第一气缸处于进气冲程。

根据本发明的冲程判别设备，基于点火正时彼此不同的两个气缸的进气压力之间的差来判别气缸的每个冲程。也就是说，例如，如果所述第一进气压力低于所述第二进气压力与所述阈值之间的差，则确定所述第一气缸处于进气冲程。由此，可以减小完成冲程判别所需的曲轴转数。

此外，通过在基于进气压力之间的差判别气缸的冲程之前增加发动机速度是否小于阈值的判断，可以更精确地确定发动机的多个气缸的进气冲程。

由此，可以避免例如在进行发动机制动的情况下在高发动机速度期间发动机停机的不利情形。

附图说明

图1是第一实施例的冲程判别设备的整体结构视图。

图2是第一实施例的冲程判别设备中气缸判别设备的结构框图。

图3是用于说明第一实施例的冲程判别设备的冲程判别操作的进气压力变化特性示图。

图4是用于说明第一实施例的冲程判别设备的冲程判别操作的流程图。

图5是其中将本发明应用到四缸发动机的第二实施例的冲程判别设备的进气压力特性示图。

图6是用于说明第二实施例的冲程判别设备的处理操作的流程图。

图7是用于说明第二实施例的一种变化中的冲程判别设备的处理操作的流程图。

图8是用于说明第二实施例的另一种变化中的冲程判别设备的处理操作的流程图。

图9是特性示图，示出了用于说明执行第三实施例的冲程判别的正时的发动机速度与进气压力之间的关系。

图10是用于说明第三实施例中冲程判别设备的处理操作的流程图。

具体实施方式

下面，将参照附图说明本发明的实施例，其中，图1是示意性示出用于说明根据本发明第一实施例的气缸判别设备的整体结构的视图。

如图1所示，本实施例的气缸判别设备在第一位置处具有V型双缸发动机1。在V型双缸发动机1中，第一气缸3和第二气缸4布置在曲轴箱2上方以形成具有预定气缸组角度的V型气缸组。

第一汽缸盖5和第二汽缸盖6分别布置在第一气缸3和第二气缸4上方并与其耦合。

在分别形成于第一气缸3和第二气缸4中的第一气缸孔3a和第二气缸孔4a内，分别可滑动地设置活塞7和活塞8。

活塞7和活塞8分别通过连杆9和连杆10与曲轴11的曲柄销11a(其对两个气缸是共用的)耦合。

通常，活塞7和8利用曲轴11的转动而上下移动，来顺序进行进气、压缩、燃烧和排气冲程。

进气端口5a和排气端口5b一起形成在第一气缸孔3a顶上布置的汽缸盖5中。进气端口5a和排气端口5b分别由进气门12和排气门12a打开和关闭，两个气门都布置在可连通地形成到汽缸盖上的开口处。此外，火花塞5c布置在进气端口5a和排气端口5b之间。

类似地，进气端口6a和排气端口6b一起形成在第二气缸孔4a顶上布置的汽缸盖6中。进气端口6a和排气端口6b分别由进气门13和排气门13a打开和关闭，两个气门都布置在可连通地形成到汽缸盖上的开口处。此外，火花塞6c布置在进气端口6a和排气端口6b之间。

此外，进气端口5a和6a的一部分分别一体地形成在汽缸盖5和6中，而其其余部分与除了汽缸盖5、6外的进气管等一起形成。

此外，喷油阀14和15分别在进气端口5a和6a中进气门12和13的上游处与进气门12和13相邻布置。此外，节气门16和17分别布置在喷油阀14和15的上游。

此外，检测进气压力的第一进气压力传感器18和第二进气压力传感器19分别连接到位于节气门16和17上游并与节气门16和17相邻的部分。两个气缸共用的空气虑清器20在传感器上游端连接到进气端口5a的端部。

此外，第一进气压力传感器18和第二进气压力传感器19通常被装备来大体上检测发动机的运行负荷。但是，在此实施例中，设置来检测负荷的进气压力传感器的检测值还被用来判别冲程。

此外，曲轴传感器21被配备来检测在曲轴箱2内转动的曲轴11的转动角位置(曲轴11的转数)。此曲轴传感器21例如被定位成与编码器的圆周表面等上以预定节距刻制的凸起和凹入相对，该编码器安装在曲轴11的一端上。曲轴传感器21产生表现为与凸起和凹入的节距相对应的曲轴脉冲。通过每单位时间曲轴脉冲的密度来检测发动机速度。

从此曲轴传感器21输出的检测值以及从第一进气压力传感器18和第二进气压力传感器19输出的检测值被输入到电子控制单元(ECU)22。

控制单元(ECU)22是控制设备，其基于从第一进气压力传感器18和第二进气压力传感器19以及曲轴传感器21输入的检测值，来控制V型双缸发动机1的运行状况，并控制喷油正时和点火正时。

图2是与V型双缸发动机1相关联的冲程判别设备的框图。附带地，在图2中，具有与图1所示那些相同的功能的框用与图1相同的标号表示。

如图2所示，本实施例中的气缸判别设备的电子控制单元(ECU)22包括CPU(中央处理单元)23、通过总线连接到CPU 23的电源电路24、输入I/F(接口)电路25和致动器驱动电路26。

电能从外部主电源输入到电源电路24。曲轴传感器21、#1(第一缸，以下类似地表示)进气压力传感器18和#2进气压力传感器19的检测值的输出被输入到输入I/F(接口)电路25。

CPU 23被供应来自电源电路24的电能，并基于通过输入I/F(接口)电路25输入的曲轴传感器21、#1进气压力传感器18和#2进气压力传感器19的检测值，而通过致动器驱动电路26来控制喷油阀14和15的喷油器以及火花塞5c和6c的点火线圈的驱动正时。

例如，从曲轴传感器21的输出值确定上止点和下止点，并且使用上止点作为基准来控制点火正时提前或延迟。

在本发明的冲程判别中，控制单元22将第一气缸3a的第一进气压力“#1Pb”与第二气缸4a的第二进气压力“#2Pb”彼此进行比较，并且如果第一进气压力“#1Pb”低于第二进气压力“#2Pb”和预定阈值之间的差，则判断第一气缸3a处于进气冲程。

图3的示图示出了用于说明本实施例中冲程判别设备的冲程判别操作的进气压力变化特性。按照从上而下的顺序，图3示出了起动机SW(开关)的操作正时、第一气缸的冲程的操作正时、第二气缸的冲程的操作正时、曲轴脉冲、第一气缸的进气压力波形和第二气缸的进气压力波形。

在本实施例的V型双缸发动机1中，如图3所示，各个冲程被确定为当第一气缸孔3a处于进气冲程时第二气缸孔4a处于燃烧冲程。所以，第一气缸孔3a和第二气缸孔4a可以是具有不同点火正时的气缸。

此外，在这点上，如图1所示曲柄销11a对第一气缸孔3a和第二气缸孔4a是共用的。但是，因为第一气缸孔3a和第二气缸孔4a形成V型气缸组，所以点火正时之间的间隔被不规则地分开与此气缸组角度相对应的间隔。具体地，例如一个点火间隔是“360°-气缸组角度”而下一个点火间隔是“360°+气缸组角度”。

例如，如图3所示，在例如其中进气门12和13被关闭的压缩、燃烧和排气冲程的冲程期间，进气端口中的进气压力不会变化太多。但是，在例如其中进气门打开的进气冲程的冲程期间，进气压力极大地下降。

由此，在各个气缸的进气冲程之间存在相位差的所有发动机气缸中，在一个气缸处于进气冲程的时刻处两个气缸的进气压力彼此大不相同。具有较低进气压力的气缸可以被确定为在发生进气压力之间的差的时刻处处于进气冲程。

在此情况下，在V型双缸发动机1中，在第一次进气压力之间出现很大差异的时刻处的曲轴角度和在第二次进气压力之间出现很大差异的时刻处的另一个曲轴角度之间的范围是“360°-气缸组角度”或者“360°+气缸组角度”。由此当曲轴11大致转动一周时进气冲程的判别结束。也就是说，完成冲程判别所需的曲轴转动周数可以减小到一周。

图4是流程图，图示了按照第一实施例构造的冲程判别设备的冲程判别操作。

在图4中，在开始进气冲程判别操作时，读取由第一进气压力传感器18和第二进气压力传感器19所检测到的瞬时值“#1Pb”和“#2Pb”(步骤S1)。

然后，将“第一进气压力#1Pb”与“第二进气压力#2Pb-阈值”彼此进行比较(步骤S2)。

如果在此判断中“第一进气压力#Pb”小于“第二进气压力#2Pb-阈值”(S2为“是”)，则第一气缸孔3a被确定为处于进气冲程(步骤S3)，并且冲程判别操作结束(步骤S6)。

此外，在步骤S2中的判断中，如果“第一进气压力#1Pb”不小于“第二进气压力#2Pb-阈值”，即当“第一进气压力#1Pb”大于“第二进气压力#2Pb-阈值”时(S2中为“否”)，则继续将“第二进气压力#2Pb”与“第一进气压力#1Pb-阈值”彼此进行比较(步骤S4)。

如果“第二进气压力#2Pb”小于“第一进气压力#1Pb-阈值”(S4中为“是”)，则第二气缸孔4a被确定为处于进气冲程(步骤S5)。然后，冲程判别操作结束(步骤S6)。

另一方面，如果“第二进气压力#2Pb”不小于“第一进气压力#1Pb-阈值”，即当“第二进气压力#2Pb”大于“第一进气压力#1Pb-阈值”时(S4中为“否”)，则程序返回步骤S1的处理并且重复步骤S1至S5的处理。

如上所述，在本实施例中，使用预定阈值来判别第一进气压力#1Pb和第二进气压力#2Pb之间的差。如果判别有预定差，则具有较低进气压力的气缸被确定为处于进气冲程。

由此，完成冲程判别所需的曲轴11的转数可以被大致减小到为一转。当起动发动机时用于转动自起动电机的时间段可以被大大缩短，并且因此可以极大地改善发动机起动感觉。

此外，此结构相当简单，因为通常配备来大致检测发动机运行负荷的进气压力传感器被用来进行冲程判别。此外，因为不需要增加新的传感器，所以冲程判别设备不会引起成本提高，因此很经济。

图5是根据第二实施例构造的冲程判别设备的进气压力特性的示图，该实施例中本发明被应用到四缸发动机。按照从上而下的顺序，图5示出了#1(第一缸，以下类似地表示)冲程、#2冲程、#3冲程、#4冲程、#1进气压力波形、#2进气压力波形、#3进气压力波形和#4进气压力波形。

图6是流程图，图示了第二实施例中冲程判别设备的处理操作。

在此第二实施例中，第一至第四气缸的所有进气端口都具有进气压力传感器。

在第二实施例中，如图6所示，读取所有气缸的进气压力的瞬时值#1Pb、#2Pb、#3Pb和#4Pb(步骤S11)。

最初，将“第一进气压力#1Pb”和“第四进气压力#4Pb-阈值”彼此进行比较(步骤S12)。

在此比较判别中，如果“第一进气压力#1Pb”小于“第四进气压力#4Pb-阈值”(S12中为“是”)，则第一缸被确定为处于进气冲程(步骤S13)。然后，冲程判别结束。

另一方面，在步骤S12中的比较判别中，如果“第一进气压力#1Pb”不小于“第四进气压力#4Pb-阈值”，即当“第一进气压力#1Pb”大于“第四进气压力#4Pb-阈值”时(S12中为“否”)，则继续将“第二进气压力#2Pb”与“第三进气压力#3Pb-阈值”彼此进行比较(步骤S14)。

如果“第二进气压力#2Pb”小于“第三进气压力#3Pb-阈值”(S14中“是”)，则第二气缸被确定为处于进气冲程(步骤S15)。然后，冲程判别操作结束。

类似地，如果“第三进气压力#3Pb”小于“第二进气压力#2Pb-阈值”，则第三缸被确定为处于进气冲程(步骤S16和S17)。

此外，如果“第四进气压力#4Pb”小于“第一进气压力#1Pb-阈值”，则第四缸被确定为处于进气冲程(步骤S18和S 19)。

如上所述，在第二实施例中，全部四个气缸都具有进气压力传感器，并且每个传感器检测各个气缸的进气压力之间的差。基于该差来判别进气气缸。由此，完成冲程判别所需的曲轴转数可以减小到大致为半转。所以，本实施例中进一步提高了起动性。

虽然在第二实施例中全部四个气缸都具有进气压力传感器，但根据本发明，这四个气缸中的两个可以具有进气压力传感器，并由此可以获得与第一实施例相同的动作和效果。以下说明作为第二实施例的一种变化的此布置。

图7是流程图，图示第二实施例的变化中的冲程判别设备的处理操作。

在此变化中，四缸发动机中仅两个气缸具有进气压力传感器。在图7所示的变化中，第一缸和第四缸具有进气压力传感器。

在图7中，首先，读取第一进气压力#1Pb和第四进气压力#4Pb的瞬时值(步骤S21)。如果“第一进气压力#1Pb”小于“第四进气压力#4Pb-阈值”，则第一缸被确定为处于进气冲程(步骤S21至S23)。

另一方面，如果“第四进气压力#4Pb”小于“第一进气压力#1Pb-阈值”，则第四缸被确定为处于进气冲程(步骤S24和S25)。

图8是流程图，图示在第二实施例的另一种变化中冲程判别设备的处理操作。在图8所示的变化中，第一缸和第三缸具有进气压力传感器。

在图8中，首先，读取第一进气压力#1Pb和第三进气压力#3Pb的瞬时值(步骤S31)。如果“第一进气压力#1Pb”小于“第三进气压力#3Pb-阈值”，则第一缸被确定为处于进气冲程(步骤S31至S33)。

另一方面，如果“第三进气压力#3Pb”小于“第一进气压力#1Pb-阈值”，则第三缸被确定为处于进气冲程(步骤S34和S35)。

如上所述，当四个气缸中仅两个气缸具有进气压力传感器时，可以获得与第一实施例相同的动作和效果。

顺便转向另一方面，例如在节气门关闭时进行发动机制动的情况下，如果在例如4,000到5,000rpm的高发动机速度范围中点火正时偏离，则很可能发生由于不完全燃烧引起的例如回火的不利情形。

当喷射到每个气缸的燃油量不恰当时，或者当点火正时不匹配进气或压缩冲程时，发生不完全燃烧和回火，并且表明由控制单元对发动机所做的冲程判别不正确。

结合第三实施例，说明冲程判别设备的处理操作，此冲程判别设备恰当地进行四冲程发动机的冲程判别而不管是在低速还是在高速下进行冲程判别。

图9是表示发动机速度和进气压力之间的关系的特性图，其用于说明执行第三实施例的冲程判别的正时。

按照从上而下的顺序，图9示出了#1(第一缸，以下类似地表示)冲程、#2冲程、曲轴编码器脉冲、在起动时的#1进气压力波形和#2进气压力波形、以及在高速运行下的#1进气压力波形和#2进气压力波形。

如图9所示，在发动机起动时的低速下，#2进气压力波形在曲轴编码器脉冲输出的正时t1处为最小，并且判别#2进气冲程。此外，#1进气压力波形在曲轴编码器脉冲输出的正时t2处为最小，并且判别#1进气冲程。

所以，在发动机起动时控制单元(ECU)22需要做的全部事情就是在基于已经如上所述判别出的进气冲程而确定的点火正时处进行点火。

但是，在发动机的高速运行中，如出现在图9下方用于示出高速运行的#1进气压力波形和#2进气压力波形所示，在上述曲轴编码器脉冲输出的正时t1和t2处，第一进气压力传感器18和第二进气压力传感器19的瞬时值“#Pb1”和“#Pb2”(分别在#1进气压力波形和#2进气压力波形中给出)之间的大小关系与发动机起动时相比被颠倒了。

也就是说，在高速运行中，在曲轴编码器脉冲输出的正时t1和t2(在该正时处应当由进气压力确定进气冲程)处各个进气压力的幅值从发动机起动时的幅值被颠倒了。

由此，如果使用在低速下曲轴编码器脉冲输出的正时t1和t2处为#2进气冲程和#1进气冲程进行的判别来进行点火控制，则该控制可能不正确。

在本实施例中，在低于预定发动机速度的范围中进行本发明的冲程判别，以维持起动性的提高并且还防止在高速运行中发生不完全燃烧、回火等。

图10是流程图，图示了所讨论的第三实施例中冲程判别设备的处理操作。

在图10中，启动电子控制单元(ECU)电源，并且读取第一进气压力传感器18和第二进气压力传感器19的瞬时值#1Pb和#2Pb(步骤S42)。

此时，在本实施例中，进行发动机速度是否小于预定阈值的判断(步骤S43)。

在图9中，上述发动机速度的预定阈值是与这样的速度相邻的发动机速度，该速度下在曲轴编码器脉冲输出的正时t1和t2处值#1Pb和#2Pb的大小关系被颠倒。

如果发动机速度小于预定阈值(S43中为“是”)，则控制单元执行步骤S44至S48，完成气缸的冲程判别处理，并且进行到连续点火/喷油控制(步骤S49)。

此外，步骤S44至S48的处理与图4所示第一实施例中冲程判别处理的步骤S2至S6相同。

另一方面，如果在步骤S43处发动机速度的判断中，发动机速度超过预定发动机速度(S43中为“否”)，则控制单元暂时不判别进气冲程而进行使用其中相同的相位被共同应用到那两个气缸的点火/喷油控制(组控制)的处理，并且重复步骤S42和S43的处理。

所以，在高速运行中，虽然第一进气压力#1Pb和第二进气压力#2Pb之间的大小关系从起动时的大小关系被颠倒，但可以防止发生由根据发动机起动时低速运行下判别的冲程来进行点火/喷油控制所引起的例如不完全燃烧和回火的不利情形。

此外，在第三实施例中，结合双缸发动机说明了基于发动机速度对气缸进行的冲程判别处理。但无需多言，不限于该发动机，前面第二实施例中说明的四缸发动机可以应用于基于发动机速度的气缸冲程判别处理。

如上所述，无论双缸发动机还是四缸发动机，通过增加发动机速度小于阈值的条件，可以更精确地判别进气冲程，并且可以防止在高速运行中的例如不完全燃烧和回火之类的不利情形。

Claims (2)

1.一种四冲程发动机的冲程判别设备，包括：

点火正时彼此不同的多个气缸；

用于个别地检测所述多个气缸中任何两个气缸的进气压力的进气压力传感器；和

冲程判别装置，用于基于所述两个进气压力传感器检测到的所述进气压力之间的差来判别所述两个气缸的冲程；

其中，所述冲程判别装置比较同一时刻产生的作为所述两个气缸之一的第一气缸的第一进气压力和作为所述两个气缸中另一个的第二气缸的第二进气压力，并且确定一个阈值，

并且，如果所述第一进气压力低于所述第二进气压力与所述阈值之间的差，则所述冲程判别装置确定所述第一气缸处于进气冲程。

2.一种四冲程发动机的冲程判别设备，包括：

点火正时彼此不同的多个气缸；

用于个别地检测所述多个气缸中任何两个气缸的进气压力的进气压力传感器；

用于检测发动机速度的转速检测装置；和

冲程判别装置，如果由所述转速检测装置检测到的所述发动机速度小于预定阈值，则所述冲程判别装置基于所述进气压力传感器检测到的所述两个气缸的所述进气压力之间的差来判别所述两个气缸的冲程；

其中，如果所述发动机速度小于所述预定阈值，则所述冲程判别装置比较同一时刻产生的作为所述两个气缸之一的第一气缸的第一进气压力和作为所述两个气缸中另一个的第二气缸的第二进气压力，并且确定一个阈值，

并且，如果所述第一进气压力低于所述第二进气压力与所述阈值之间的差，则所述冲程判别装置确定所述第一气缸处于进气冲程。

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